地质雷达在岩溶塌陷区应用

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1、地质雷达在岩溶塌陷区应用　　【摘要】以跳马整新田-金屏地面岩溶塌陷为背景，通过雷达滤波和分析典型雷达异常图像的方法来识别信息的来源。在探测过程中应避开干扰源，在后处理中采用相应的处理方法，对有效信号进行放大。在排除干扰信号的基础上再分析，同时应用钻芯法进行了验证。结果表明，地质雷达在岩溶塌陷调查中应用效果较好。【关键词】地质雷达干扰物的识别资料解释钻孔验证1工程及场地地质概况自1993年以来，长沙县跳马镇新田—金屏一带先后出现多处岩溶塌陷，造成了农田等设施损坏，导致严重的经济损失，并在人民群众中产生了强烈的不安全感，多家杂物间突

2、然发生地面塌陷，最大塌陷坑直径约6.0m，可见深度1.5m。随着新的塌陷坑不断出现，塌陷影响面积不断加大，灾害有继续扩大的趋势。根据调查和区域地质资料，勘查区内全部被第四系覆盖，下伏为二迭系、石炭系灰岩。水位较浅，对地质雷达勘测带来一定的难度。2工作原理5地质雷达方法基本原理是利用发射天线向地下发送高频电磁脉冲，电磁波由发射天线传播至地下介质的过程中，遇到空洞、软弱层等电性与周围介质存在差异的地下目标体时，电磁波便发生反射，返回到地面时由接收天线所接收。根据接收到的旅行时间、振幅强度、雷达波形特征便可推断地下目标体的空间位置、几

3、何形态，从而达到对地下隐蔽目标物探测的目的。3工作技术本次勘察采用瑞典MALA公司所生产的RAMAC/GPR地质雷达，天线中心频率为100MHz。测线布置在公路及房屋外围部位，用于快速勘查浅部土洞及松散、软弱下卧层。考虑到场地内工作条件和地形限制，为提高雷达剖面的分辨率，采集时采用点测剖面探测方式，在公路段和房屋周围测点距分别选用0.2m和0.1m，重复叠加次数128次。由于地层岩土体的介电常数、电磁波传播速度等在不同岩土体介质中具有比较明显的差异（表1），这为探地雷达技术在此次岩溶塌陷勘察中的应用创造了良好的地球物理条件。4资

4、料解译和验证4.1干扰物的识别5地质雷达使用的是高频电磁脉冲，高压输电线、电线杆、金属标志牌、地下预埋管（水管、光缆等）等所产生的干扰波均会叠加到有效信号中，对目标体的判别会产生一定的影响。由于大地具有过滤作用，电磁波经由大地发射接收后频率会降低，空气中干扰物的反射信号频率接近天线的主频，可以通过处理软件对雷达记录做高通滤波，高切频率定位天线主频，比对滤波前后图像的变化。如果滤波前后图像改变较大，则可认为是空气中的干扰，图像改变不大，则可认为是地下物体。在房屋周围进行采集时，地面并非“一马平川”，存在类坎状和地面不平的情况。由于

5、天线不能与地面较好的耦合，造成天线与地面波阻抗存在较大差异，其在雷达图像上表现为从上至下的带状震荡信号，特征为信号振幅强、衰减慢、频率高，造成有效反射信号难以辨认。4.2资料处理及解释为实现快速分析，野外采用RAMAC采集与分析软件统一软件包对数据进行预处理；室内采用欧洲权威的雷达数据处理软件RFLEXW进行后处理，按照去直流漂移→静校正→增益调节→抽取平均道→巴特沃斯带通滤波→滑动平均共6个步骤来进行。5地表层→界面①：主要成分为人工素填土，较为干燥。由于其岩性较为均一，其雷达图像表现为反射信号相对微弱。进行时深换算后，得出其

6、厚度约为2.1m。界面①→界面②：主要成分为粉质黏土。由于粘土层间存在含水率、风化程度差异等原因。其图像表现为同相轴连续，可追踪性好，强振幅，频率呈降低的特征。经过对图像的分析和解译，推测2.1-7.6m处为粉质粘土层，厚度约为5.5m。界面②→地下埋深10m处：主要成分为淤泥质土，呈松散～流塑状，系土洞填充物。界面②位置接近地下水位，岩层饱水，在图像上表现为溶蚀界面同相轴清晰连续可以见；其下部图像上表现为反射同相轴杂乱，不连续，高频，推测为松散充填物，密实程度不均匀。为验证地质雷达在该勘查区的可靠性，地质钻探验证孔布置在该测线

7、3m位置处。根据地质雷达图像解译情况并结合钻探验证，其结果与地质雷达探查结果较为吻合（表2），可见地质雷达不论是在对地下目标体的识别（定性）上，还是对地层的厚度及埋深的判断（定量）上，均有较好的效果。5结语5地质雷达法具有高效、无损、精确及经济等特点。根据此次勘察成果，对地质雷达结果中存在异常的位置，进行钻探验证，验证了地质雷达的可靠性。野外实地采集时应尽量选择在平整且介质均一的地面上进行，尽量清除干扰物，如果现场条件不允许也要做好记录并标记其干扰源出现的位置、距离和种类，以免将其误认为有效波。雷达受诸多因素干扰严重，现场对干扰

8、源的识别和规避尤为重要。作业时针对雷达记录中的异常，可先通过必要的数据处理手段压制干扰信号，突出目标信号。并通过加密测线或改变测线位置的方式确保异常信号为目标体的真实反映，这需要专业人员丰富的专业知识和经验。参考文献：[1]李大心.探地雷达方法与应用[M].北京